Architettura dei Sistemi Operativi Centro Multimediale Montiferru GRAFI DI PRECEDENZE. Cobegin-Coend e Fork-Join

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1 GRAFI DI PRECEDENZE Cobegin-Coend e Fork-Join Un grafo di precedenza è un grafo diretto che non contiene cicli. E composto da un certo numero di nodi, dove ogni nodo rappresenta una attività, per esempio un processo, e gli archi che congiungono i nodi rappresentano l ordine con cui le varie attività devono essere eseguite. Per esempio, se abbiamo due nodi A e B, dove il nodo A viene prima del nodo B, allora significa che l attività B non può essere iniziata finchè l attività A non è terminata. Per descrivere un grafo di precedenza si usano dei costrutti di un pseudo linguaggio di alto livello. Questi sono i costrutti Cobegin-Coend e Fork-Join. La sintassi del costrutto Cobegin-Coend è: Cobegin S1 S2... Sn Coend S1, S2,----Sn sono n attività di un dato programma sequenziale. Graficamente il costrutto si presenta nella sequente forma: CO S1 S Sn COEND Autore: Luca Orrù 1

2 Ogni attività S1,S2,--Sn può contenere a sua volta costrutti Cobegin-Coend. Esercizio 5 Appello del 07/09/2004 Dato il seguente pseudo-codice, disegnare il grafo di precedenze: A; CO C; Attività I F; B; CO D; E; CO G; H; CO I; CO CO L; Attività II.1 Attività II.2 Attività II Esaminando il codice si nota come ci sia un costrutto CO-COEND all interno del quale vi sono altri costrutti CO-COEND. Autore: Luca Orrù 2

3 Determiniamo prima di tutto il punto iniziale e il punto finale del costrutto CO-COEND più esterno. L attività iniziale è A e l attività finale è L. A partire dal nodo A vengono eseguite in parallelo due attività che indico con I e II, che sono individuate dai due codici Begin-End dentro il Cobegin-Coend più esterno. L attività I è costituita da due attività svolte in sequenza che sono C e F. L attività II parte dal nodo B e contiene al suo interno due attività II.1 e II.2 individuate rispettivamente dall istruzione D e dal blocco E; CO G; H; CO I; L istruzione D potrebbe essere pensata anche in questo modo: begin D; end; Il grafo parziale è il seguente A B C Attività I D F Attività II L Autore: Luca Orrù 3

4 L attività II.2 parte dal nodo E e dal nodo E parte un altro cobegin-coend costituito dai nodi G e H che termina nel nodo I. Alla fine il tutto converge al nodo L. Il grafo richiesto è dunque il seguente. A B C Attività I D E F G H Attività II I L Autore: Luca Orrù 4

5 Esercizio 5 Appello del 19/04/2005 Si realizzi il seguente grafo di precedenze tra processi mediante costrutti cobegin-coend. Attività III Soluzione: Si possono subito individuare tre attività: I, II, III L attività I è costituita da B ed E e l attività II è costituita da C. Il codice sarà quindi del tipo seguente: A; CO I; II; III; CO H; Autore: Luca Orrù 5

6 Il codice dell attività I è: Begin B; E; End; Il codice dell attività II è: Begin C; End; Il codice dell attività III è: Begin D; Cobegin F; G; Coend; End; Autore: Luca Orrù 6

7 Il codice completo è il seguente: A; CO Begin B; E; End; Begin C; End; Begin D; Cobegin F; G; Coend; End; CO H; Questo codice Cobegin F; G; Coend; lo potrei anche sostituire con Cobegin Begin F;end; Begin G;end; Coend; Autore: Luca Orrù 7

8 Esercizio 4 Appello del 12/05/2004 Dato il seguente grafo di precedenze realizzarlo mediante costrutti cobegin-coend. Attività 2 Attività 1 Dal nodo A si diramano due attività: 1 e 2 L attività 1 crea altre tre attività 1.1, 1.2, 1.3 che convergono nel nodo I L attività 2 crea due attività G e H che convergono nel nodo I. Il codice ha dunque la seguente struttura. A; CO 1; 2; CO I; Autore: Luca Orrù 8

9 Il codice dell attività 1 è: Begin B; Cobegin D; E; F; Coend End; Il codice dell attività 2 è: Begin C; Cobegin G; H; Coend; End; Autore: Luca Orrù 9

10 Il codice finale è dunque il seguente: A; CO Begin B; Cobegin D; E; F; Coend End; Begin C; Cobegin G; H; Coend; End; CO I; Autore: Luca Orrù 10

11 Esercizio 5 Appello del 21/09/2007 Dato il seguente grafo di precedenze risolverlo, se è possibile, mediante CO e COEND. Att I A Att III B C D Att I.1 E F Att II G Att I.2 I H L Soluzione: Si possono subito individuare tre attività: I, II, III L attività I è costituita da B, E, F,G,H, l attività II è costituita da C ed I e l attività III è costituita da D. Il codice sarà quindi il seguente: Autore: Luca Orrù 11

12 A; CO I; II; III; CO L; Architettura dei Sistemi Operativi Il codice dell attività I è: B; CO I.1; I.2; CO H; Si noti come l attività I contiene a sua volta un costrutto CO COEND. L attività I.1 ha il seguente codice: E; G; Il codice dell attività II è: C; I; Autore: Luca Orrù 12

13 Il codice dell attività III è: D; Il codice globale è dunque il seguente: A; CO B; CO E; G; F; CO H; C; I; D; CO L; Autore: Luca Orrù 13

14 Costrutto Fork e Join Il costrutto Fork e Join al contrario del costrutto Cobegin-Coend può essere applicato per realizzare qualsiasi grafo di precedenze tra processi. Il costrutto è basato sulle istruzioni fork e join che sono istruzioni di un ipotetico linguaggio di alto livello. La fork ha la seguente sintassi: fork (etichetta) Quando si fa una fork (etichetta) viene creata una nuova attività o processo che parte da quella etichetta e che sarà svolta in parallelo con le altre attività. Ad ogni fork corrisponde una biforcazione nel grafo di precedenze. Alla fine tutte le attività che sono state diramate devono convergere su un unica attività. Per fare questo si utilizza l istruzione join (contatore) La join (contatore) ricongiunge due o in generale N flussi di controllo, con N>2. Il codice che descrive l istruzione join (contatore) è il seguente e va inteso come un codice eseguito automaticamente ogni volta che viene richiamata la join (contatore). Join (contatore) corrisponde al codice: contatore=contatore 1 if (contatore <> 0) then processo terminato; Questo significa che ogni volta che viene eseguita una join (contatore), il contatore viene decrementato di una unità e se il contatore è diverso da zero allora il processo o i processi che hanno eseguito la join vengono terminati. Ora qualcuno, giustamente, si chiederà: Autore: Luca Orrù 14

15 1. quanti contatori servono in un grafo di precedenze? 2. a che valore vanno inizializzati i contatori? La risposta al primo quesito è la seguente: servono tante variabili contatore tante quante sono le ricongiunzioni tra più attività verso una sola attività all interno del grafo. Esempio: nel seguente grafo di precedenze servono due contatori. A B C H D E F G Abbiamo infatti due ricongiungimenti nel grafo: Al nodo F Al nodo G Servono quindi due variabili: COUNT1, riferita al nodo F e COUNT2 riferita al nodo G La risposta al quesito 2 è la seguente: le variabili contatore devono essere inizializzate ad un valore pari al numero di rami che si ricongiungono in un nodo. Autore: Luca Orrù 15

16 Nell esempio precedente, la variabile COUNT1 (nodo F) viene inizializzata al valore 2 in quanto il numero di rami che convergono in F è pari a 2. La variabile COUNT2 (nodo G) viene inizializzata al valore 3 in quanto in G convergono 3 rami. Esempio: realizzare il seguente grafo di precedenze tra processi mediante fork e join. A B C D E Occorre una variabile contatore inizializzata al valore tre. Infatti abbiamo un solo ricongiungimento (al nodo E) con un numero di rami pari a tre. Abbiamo dunque: INT COUNT=3 A; FORK(L1); #creazione del processo C che parte dalla label L1 FORK(L2); #creazione del processo D che parte dalla label L2 B; # esecuzione del processo B che procede in parallelo con C e D GOTO(L3); #l esecuzione passa alla label L3 L1:C; #esecuzione del processo C GOTO(L3); #salto alla label L3 L2:D; #esecuzione del processo D GOTO(L3);#salto alla label L3 L3:JOIN(COUNT) # unisce le attività B,C,D E; #esecuzione del processo E Autore: Luca Orrù 16

17 Esercizio 4 Appello del 27/05/2005 e del 09/02/2005 Si realizzi il seguente grafo di precedenze tra processi mediante i costrutti Fork e Join Servono due contatori: un contatore COUNT1, riferito al nodo E, inizializzato al valore 2 e un contatore COUNT2, riferito al nodo G, inizializzato al valore 3. Autore: Luca Orrù 17

18 INT COUNT1=2; INT COUNT2=3; A; #esecuzione attività A FORK (L1); # crea la biforcazione riferita al nodo C FORK (L2); #crea la biforcazione riferita al nodo D B; # esecuzione di B che procede in parallelo con C e D GOTO (L3); #salta alla label L3; L1: C; #esecuzione di C L3: JOIN (COUNT1); #unisce le attività B e C E; #esecuzione di E GOTO (L5); #salta alla label L5 L2: D; #esecuzione di D FORK (L4); #crea la biforcazione a partire da D F; #esecuzione di F in parallelo a G GOTO (L5); L4: G; L5: JOIN (COUNT2); #unisce le attività E,F,G H; Autore: Luca Orrù 18

19 Esercizio 4 Appello del 13/09/2005 Dato il seguente grafo di precedenze risolverlo, se è possibile, mediante fork e join A B C D E F I G L Con fork e join è sempre possibile realizzare un grafo di precedenze, qualunque esso sia. Si ricorda invece che con il costrutto Cobegin-Coend questo non è sempre possibile. Esaminando il grafo notiamo due ricongiunzioni. La prima al nodo I dove convergono 3 rami e la seconda al nodo L dove convergono 2 rami. Servono quindi due contatori inizializzati rispettivamente ai valori 3 e 2. Il codice è dunque il seguente: INT COUNT1=3; INT COUNT2=2; A; #esecuzione attività A FORK (L1); # crea la biforcazione riferita al nodo C FORK (L2); #crea la biforcazione riferita al nodo D B; # esecuzione di B che procede in parallelo con C e D FORK (L3); E; G; GOTO (L5); #salta alla label L5; Autore: Luca Orrù 19

20 L1: C; #esecuzione di C GOTO (L4); L2: D; #esecuzione di D GOTO (L4); #salta alla label L4; L3: F; L4: JOIN (COUNT1); #unisce le attività F, C e D I; L5: JOIN (COUNT2); #unisce le attività G e I L; Autore: Luca Orrù 20